羚羊铁矿石工艺矿物学.pdf

收稿日期 2011- 04- 08 基金项目 国家高技术研究发展计划项目 2009AA06Z111 . 作者简介 李艳军 1972- , 男, 内蒙古赤峰人, 东北大学副教授, 博士后研究人员. 第32卷第10期 2011 年 10 月 东北大学 学报自然科学版 Journal of Northeastern University Natural Science Vol. 32, No. 10 Oct. 2 0 1 1 羚羊铁矿石工艺矿物学 李艳军, 王艳玲, 刘 杰, 朱一民 东北大学 资源与土木工程学院, 辽宁 沈阳 110819 摘 要 通过 MLA 自动检测技术、 XRD 等手段, 对吉林省羚羊铁矿石进行了详细的工艺矿物学研究. 查 明了该铁矿石的化学组成、 矿物组成、 粒度组成及嵌布特征. 结果表明 铁矿石中的铁主要赋存于磁铁矿和菱 铁矿之中, 少量的铁存在于鲕绿泥石和磁绿泥石等铝硅酸盐矿物之中. 羚羊铁矿石矿物组成非常复杂、 嵌布粒 度很细、 铁矿物与脉石紧密共生, 且脉石矿物易泥化, 属于难选铁矿石. 该研究结果可作为此铁矿资源合理开 发利用的参考依据. 关 键 词 羚羊铁矿石; 工艺矿物学; 菱铁矿; 磁铁矿; 嵌布特征 中图分类号 TD 91 文献标志码 A 文章编号 1005 -3026 2011 10 -1484 -04 Mineralogical Process of Lingyang Iron Ore LI Yan -jun,WANG Yan -ling, LI UJie, ZH U Yi -min School of Resources mineralogical process;siderite;magnetite;dissemination characteristics 随着我国国民经济的高速发展, 钢铁工业对 铁矿石的需求大大增加, 但国内可选性较好的铁 矿资源日趋枯竭, 2010 年我国对国外铁矿石的依 赖程度达到 625. 因此充分开发难选矿石成为 缓解我国铁矿石供需矛盾的一条有效途径[ 1]. 吉林省临江市大栗子镇地区有一层分布广、 储量较大的含锰铁矿层, 该矿层的矿石被称为羚 羊石或鲕绿泥石, 也称为临江式铁锰矿石. 矿石储 量约 10 亿 t, 铁的质量分数为 30 35, 锰的 质量分数约为 6 8. 但由于其矿石性质复 杂, 属于 难选铁 矿石, 至 今都 未得 到开 发利 用[2- 5]. 为了今后较好地开发该矿石资源, 对该 矿石开展了详细的工艺矿物学研究工作. 我国工艺矿物学一直采用显微镜人工检测, 费时费力且往往不能为选矿工艺及时提供信息. 由澳大利亚昆士兰大学 JK 矿物学研究中心 JKMRC 开发研制的 MLA 是目前世界上最先 进的工艺矿物学参数自动定量分析测试系统, 可 快速、 准确地测定矿物的工艺矿物学数据. 本文针 对吉林省临江羚羊铁矿石, 采用 MLA 自动检测 技术, 对羚羊铁矿石的工艺矿物学数据进行了测 定. 1 羚羊铁矿石的化学组成 羚羊铁矿石的化学成分如表 1 所示. 由表 1 可知, 矿石中含有一定量的铝硅酸盐脉石矿物. 表 1 矿石的多元素分析结果 质量分数 Table 1 Chemical analysis results of ore TFeFeOCaOMgOMnCO2Al2O3SiO2SPLaCe 35. 0832. 002. 301. 556. 3521. 745. 6210. 710. 060. 100. 060. 09 分析结果表明 矿石中全铁的质量分数为 3508, 铁矿石中的铁主要以 Fe2的形式存在 于含铁矿物中, 矿石中锰的质量分数较高; 铁矿石 中铝、 硅的质量分数较高, 说明矿石中含有一定量 的铝硅酸盐脉石矿物. 2 羚羊铁矿石矿物组成 羚羊铁矿石的 XRD 分析结 果见图 1, 由 MLA 自动检测技术测得羚羊铁矿石中主要矿物 的结果见表 2 . 图 1 矿石的 XRD分析图谱 Fig.1 XRDpattern of ore 表 2 矿石中的矿物组成 Table 2 Mineral composition of ore 金 属 矿 物 矿物名化学式质量分数/ 非 金 属 矿 物 矿物名化 学 式质量分数/ 磁铁矿 Fe3O4 26. 69鲕绿泥石 Fe, Mg5Al2Si3O10OH, O8 10. 48 菱铁矿 FeCO3 35. 32磁绿泥石 Fe2 Si, Al2O5OH4 9. 18 黄铁矿FeS20. 39伊利石K, H3O Al, Mg, Fe2Si, Al4O10[ OH2H2O]2. 46 黄铜矿CuFeS20. 02石英SiO23. 80 钛铁矿 FeTiO3 0. 22高岭石 Al2Si2O5 OH4 3. 68 菱锰矿 MnCO3 7. 20其他0. 56 3 铁矿石中主要矿物的粒度分布 利用 MLA 自动检测技术对羚羊铁矿石中主 要矿物的粒度分布进行了测定, 结果如表 3 所示. 经粒度分析可知羚羊矿石中主要矿物的浸染粒度 相对较粗, 有利于菱铁矿和磁铁矿的单体解离. 表 3 矿石中主要矿物的粒度分布 Table 3 Particle size distribution of main mineral in orem 粒 度菱铁矿磁铁矿黄铁矿石 英钛铁矿菱锰矿鲕绿泥石磁绿泥石 P1022. 7820. 1725. 9236. 0412. 8119. 9136. 0412. 10 P20 39. 9136. 4142. 0062. 1616. 9033. 1462. 1613. 69 P50102. 0695. 97110. 00138. 7042. 5089. 47138. 7037. 88 P80 158. 13158. 30190. 68192. 62138. 29158. 05192. 62136. 99 P90185. 58188. 45206. 77223. 20163. 15188. 25223. 20177. 60 4 羚羊铁矿石中主要矿物的性质及 其嵌布特征 4. 1 金属矿物 4. 1. 1 菱铁矿 菱铁矿是富铁碳酸盐矿物 FeCO3 , 常有类 质同象杂质 Mn, Mg, 有时有 Ca, 透明至半透 明[ 6]. 矿石中菱铁矿主要有两种存在状态 一种 为显晶质, 不规则粒状, 交织分布于鲕粒周围或充 填胶结矿石的裂隙; 一种为隐晶质集合体包裹金 属硫化物或菱锰矿. 菱铁矿与其他矿物嵌布关系 如表 4 所示. 1485第 10期 李艳军等羚羊铁矿石工艺矿物学 表 4 菱铁矿与其他矿物之间共生关系表面积分数 Table 4 Intergrowth relationship between siderite and other minerals 共生关系石 英磁铁矿菱锰矿鲕绿泥石磁绿泥石黄铁矿伊利石高岭石钛铁矿其他 平行共生5. 5214. 046. 241. 570. 170. 110. 170. 120. 060. 03 包裹共生13. 7526. 8610. 8612. 772. 80. 360. 270. 990. 130. 38 4. 1. 2 磁铁矿 磁铁矿是主要的铁氧化物之一 Fe3O4 , 常含 T i, Cr, V, Mn 等元素, 具强磁性; 磁铁矿与其他矿 物嵌布关系如表 5 所示. 矿石中磁铁矿主要为显 晶质结晶体, 呈他形粒状或形成圆粒状集合体, 部 分则呈自形- 半自形四方板状, 单矿物颗粒粒度 在10 80m, 集合体粒度在 30 120 m, 部分聚 集为不规则的集合体, 夹杂脉石形成结核分布, 磁 铁矿颗粒内部孔洞和裂隙较发育. 表 5 磁铁矿与其他矿物之间共生关系表面积分数 Table 5 Intergrowth relationship between magnetite and other minerals 共生关系石英菱铁矿菱锰矿鲕绿泥石磁绿泥石磷灰石伊利石高岭石钛铁矿其他 平行共生1. 5534. 80. 160. 730. 380. 060. 010. 060. 030. 07 包裹共生8. 0134. 583. 459. 011. 930. 230. 090. 550. 080. 06 4. 1. 3 菱锰矿 锰氧化物中锰元素相对含量变化较大, 隐晶 质, 常含有机械混入物 Al, Si, Ca 等. 矿石中锰铁 矿与其他矿物嵌布关系如表 6 所示. 其常形成粒 度在 10m 左右的圆粒集合体分布于铁氧化物颗 粒中心或直接形成豆状结合体. 菱锰矿常与石英、 磁铁矿、 菱铁矿和鲕绿泥石包裹共生. 菱锰矿与菱 铁矿嵌布关系紧密, 除与菱铁矿包裹共生外, 还有 部分菱锰矿与菱铁矿平行共生. 表 6 菱锰矿与其他矿物之间共生关系表面积分数 Table 6 Intergrowth relationship between rhodochrosite and other minerals 共生关系石英磁铁矿菱铁矿独居石鲕绿泥石磁绿泥石磷灰石高岭石黄铁矿其他 平行共生0. 552. 0429. 860. 030. 330. 050. 07 包裹共生2. 431137. 180. 229. 260. 930. 590. 440. 090. 18 4. 1. 4 其他金属矿物 包括少量黄铜矿、 黄铁矿和钛铁矿. 钛铁矿理 论组成 质量分数, FeO 4736, T iO25264. Fe2与 Mg2, Mn2间可完全类质同象代替, 其 中, 在碱性岩中的钛铁矿, MnO 的质量分数较高, 其具有弱磁性. 钛铁矿属三方晶系, 为刚玉的衍生 结构[7]. 实验表明钛铁矿呈不规则粒状、 鳞片状 或厚板状. 多呈他型晶粒散布于其他矿物颗粒间. 在该矿石中钛铁矿与磁铁矿、 菱铁矿、 石英、 鲕绿 泥石和磁绿泥石等包裹共生; 黄铁矿多为单矿物 分布, 少量包裹于铜硫化物集合体间, 部分黄铁矿 与菱铁矿包裹共生; 黄铜矿则多形成硫化物集合 体分布, 主要与菱铁矿、 石英、 磁铁矿和鲕绿泥石 包裹共生. 4. 2 非金属矿物 4. 2. 1 鲕绿泥石 鲕绿泥石 Fe, Mg5Al2Si3O10 OH, O8为层 状结构硅酸盐矿物, 其中 FeO 的质量分数为 343 423, Fe2O3的质量分数为 0 6 , 其 鲕绿泥石属单斜晶系[8]. 矿石中鲕绿泥石与其他 矿物嵌布关系如表 7 所示. 通常为鲕状集合体, 具 同心带结构, 多呈鳞片状, 常以致密隐晶质形式存 在于矿石中. 鲕绿泥石主要与菱铁矿、 磁铁矿、 石 英和磁绿泥石包裹共生. 表 7 鲕绿泥石与其他矿物之间共生关系 表面积分数 Table 7 Intergrowth relationship between chamosite and other minerals 共生关系石英磁铁矿菱铁矿菱锰矿钛铁矿磁绿泥石磷灰石高岭石黄铁矿其他 平行共生1. 261. 193. 760. 220. 382. 280. 180. 080. 05 包裹共生9. 621. 0941. 026. 90. 298. 620. 10. 410. 260. 39 4. 2. 2 磁绿泥石 磁绿泥石 Fe2 Si, Al2O5 OH4为层状结构 的硅酸盐矿物, 其结构与蛇纹石相似, 属蛇纹石 族. 磁绿泥石晶体呈假六方片状或板状, 薄片具挠 1486东北大学学报 自然科学版 第 32 卷 性[9]. 磁绿泥石与其他矿物嵌布关系如表 8所示. 在该矿石中, 磁绿泥石多呈集合体鳞片状、 土状, 并与菱铁矿、 磁铁矿、 菱锰矿、 石英和鲕绿泥石包 裹共生. 表 8 磁绿泥石与其他矿物之间共生关系 表面积分数 Table 8 Intergrowth relationship between berthierine and other minerals 共生关系石英磁铁矿菱铁矿菱锰矿伊利石鲕绿泥石黄铜矿高岭石钛铁矿其他 平行共生4. 713. 511. 230. 060. 041. 390. 281. 230. 010. 11 包裹共生7. 8815. 4529. 393. 090. 4717. 520. 0110. 520. 50 4. 2. 3 其他非金属矿物 主要包括石英、 伊利石、 高岭石、 方解石、 锆石 和独居石. 石英是铁矿石中一种常见的脉石矿物, 晶体属三方晶系的氧化物矿物. 在此矿石中主要 与菱铁矿和磁铁矿平行和包裹共生, 部分石英与 鲕绿泥石包裹共生; 伊利石是一种类似云母的层 状结构的黏土矿物, 呈不规则的或带棱角的薄片 状, 有时也呈不完整的六边形和板条状形态. 主要 与菱铁矿、 石英、 磁铁矿和磁绿泥石包裹共生; 高 岭石属于黏土矿物, 其组成为 Al2Si2O5 OH4, 属 三斜晶系的层状结构硅酸盐矿物. 高岭石主要与 磁铁矿和菱铁矿等含铁矿物包裹共生; 方解石是 一种碳酸盐矿物且分布很广, 属三方晶系, 其晶体 形状多种多样. 在该矿石中方解石的相对质量分 数较低, 主要呈纤维状, 其与菱铁矿、 石英和菱锰 矿平行或包裹共生; 锆石的分子式为ZrSiO4, 理论 组成 质量分数, ZrO2671, SiO2329, 属四 方晶系的岛状结构硅酸盐矿物. 锆石主要与菱铁 矿、 磁铁矿、 鲕绿泥石、 磁绿泥石和石英包裹共生; 独居石的分子式为 La, Ce PO4, 属单斜晶系的磷 酸盐矿物. 矿石中独居石多为板状或柱状, 其主要 与菱铁矿、 磁铁矿和鲕绿泥石包裹共生. 5 结 论 1 氧化物矿石为沉积变质型铁矿石, 铁主要 以二价铁的形式存在于铁矿物中. 矿石中锰、 铝和 硅的相对质量分数较高. 2 含铁金属矿物主要为磁铁矿和菱铁矿, 还 含有少量的菱锰矿、 钛铁矿、 含铁硫化物黄铁矿和 黄铜矿等. 非金属矿物主要为石英、 鲕绿泥石和磁 绿泥石, 其次为伊利石、 高岭石和磷灰石等; 此外, 还含有少量的稀土元素矿物独居石. 3 磁铁矿与菱铁矿平行和包裹共生. 而菱铁 矿与磁铁矿平行共生, 与磁铁矿和鲕绿泥石包裹 共生. 菱锰矿、 鲕绿泥石、 磁绿泥石、 石英和高岭石 等矿物与菱铁矿嵌布关系密切, 且多与菱铁矿包 裹共生. 这种复杂的共生关系会给磁选、 浮选分离 造成极大的困难. 参考文献 [ 1]李维兵, 宋仁峰, 刘华艳. 我国难选铁矿石选矿技术进步评 述[ J] . 金属矿山, 2008 11 1- 4 . 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